CN114318138B - 一种高硬度大型极片轧辊材质及极片轧辊制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高硬度大型极片轧辊材质及极片轧辊制备方法,属于轧钢制造领域,所述极片轧辊材质中的化学组分及重量百分含量为:C 0.85%~1.10%,Si 0.30%~0.60%,Mn 0.30%~0.80%,Cr 3.00%~5.00%,Ni 0.10%~0.30%%,Mo 0.20%~0.60%,V≤0.25%,P≤0.015%;S≤0.010%;其余为Fe和不可避免的杂质。本申请解决了高硬度大型极片轧辊制造过程中的硬度低、均匀性差问题,从而解决极片轧制时效率低、精度低的问题。

Description

一种高硬度大型极片轧辊材质及极片轧辊制备方法
技术领域
本发明属于轧钢制造领域,具体涉及一种高硬度大型极片轧辊材质及极片轧辊制备方法。
背景技术
智能手机、笔记本电脑等电子产品、电动汽车等新能源交通工具等行业的不断发展,对电池的需求量大大增长,质量要求越来越高。世界锂电池极片辊压机行业得到良好的发展。辊压机是电池极片的生产装备,极片轧辊是电池极片的直接成形工具。
极片轧辊主要用于各种锂电电池极片、镍氢极片、超级电容器材料压实,以及各类碳粉、金属粉末、高分子材料、有色金属、铂金等材料的精密压延。现代化辊压机向高效率、高精度方向发展,以期轧制更高精度、更低成本的产品。
辊压机极片轧辊一般规格为等,随着电池产品需求量和质量要求的提高,一般规格的极片轧辊已不能满足生产效率和产品质量的要求。辊压机设计人员逐步将极片轧辊向大型化和高硬度设计。
近年来,极片轧辊不断大型化和提高工作层硬度以提高压延精度。但是,随着极片轧辊大型化,轧辊均匀化程度降低、轧辊工作层硬度提高愈发困难。大型钢锭的元素偏析和热处理冷却速度等限制了硬度的提高和均匀性。具体原因为为极片轧辊材质为高碳高合金工具钢,轧辊所用钢锭规格越大、合金成分含量越高,成分偏析越严重,影响均匀性;工作层要求硬度≥97HSD,规格增大后淬火难度增加,表面硬度偏低等。
因此,急需通过设计一种新的材质,解决大型极片轧辊的硬度、均匀性问题,能够解决极片轧辊大型化以后的硬度不足及均匀性问题,从而提高轧材的精度和轧制效率,满足现代化辊压机的需求。
发明内容
本发明的目的是提供一种新的材质,解决高硬度大型极片轧辊制造过程中的硬度低、均匀性差问题,从而解决极片轧制时效率低、精度低的问题。
为达到上述性能要求,本发明所采用的技术方案是:
一种高硬度大型极片轧辊材质,所述极片轧辊材质中的化学组分及重量百分含量为:
C 0.85%~1.10%,Si 0.30%~0.60%,Mn 0.30%~0.80%,Cr 3.00%~5.00%,Ni 0.10%~0.30%%,Mo 0.20%~0.60%,V≤0.25%,P≤0.015%;S≤0.010%;其余为Fe和不可避免的杂质。
本发明技术方案的进一步改进在于:所述极片轧辊材质中的化学组分及重量百分含量为:C 0.95%~1.05%,Si 0.40%~0.45%,Mn 0.35%~0.40%,Cr 3.05%~3.50%,Ni 0.20%~0.25%,Mo 0.25%~0.35%,V≤0.10%,P≤0.015%;S≤0.010%;其余为Fe和不可避免的杂质。
本发明技术方案的进一步改进在于:制备过程通过C曲线选择合理的成分范围和热处理参数,采用连续可控感应热处理技术进行淬火,控制淬火组织和残余奥氏体量。
本发明技术方案的进一步改进在于:所述极片轧辊工作层为淬火马氏体回火组织,工作层表面硬度≥97HSD,均匀性≤±0.5HSD。
一种高硬度大型极片轧辊的制备方法,包括下列工艺步骤:
步骤一、按照权利要求1或2所述的材质中的化学组分及重量百分含量配制钢材原料,按照冶炼工序生产工艺制得钢锭;
步骤二、钢锭按照锻造工序生产工艺制得辊坯;
步骤三、对辊坯进行热处理,采取预热+感应式差温加热+可控冷却速度淬火工艺,得到辊身低应力、全马氏体淬火组织;
步骤四、对回火后的辊坯进行机械加工,保证各部分的尺寸公差及形位公差,最终得到高硬度大型极片轧辊。
本发明技术方案的进一步改进在于:辊坯采用大型钢锭锻造的细晶处理技术,避免锻造裂纹产生,提高了辊坯强韧性,轧辊工作层晶粒度尺寸为11-12级。
本发明技术方案的进一步改进在于:步骤三中的热处理步骤为对辊坯进行淬火、回火处理:辊坯先整体进入箱式炉预热至400-450℃,随后辊身进入感应淬火设备进行感应加热,奥氏体化温度950-980℃,之后进行喷水快速冷却,冷却时先采用大水急冷,再采用小水缓冷80-120min。
由于采用了上述技术方案,本发明取得的技术效果如下:
本发明在常规极片轧辊材质的化学组分及重量百分含量上做了改进,与传统材质相比较,本发明对轧辊材质中的C元素含量提高,提高材料的淬硬性,降低Cr含量,降低了辊坯的元素偏析倾向,提高了该材质钢锭的均质化程度。同时,优化了Mo、V等主要碳化物形成元素的比例,从而降低工作层淬火后的残余奥氏体含量,提高工作层硬度及均匀性,并且稳定了轧辊的尺寸精度,提高了轧辊耐磨性。该材质平衡相组织较常规材质基体碳含量提高,提高了基体硬度;同时增加了M7C3等类型碳化物含量,提高耐磨性;使用过程中,极片轧辊的磨损机制主要为磨粒磨损及碳化物与基体的分离,M7C3韧性较好,使用时碳化物破碎剥落现象不明显,在磨损过程中,还能有效地保护基体,而基体能够通过塑性变形的方式缓解碳化物区域承受的较高内应力,并对碳化物起着支撑和保护作用,有效地防止裂纹扩展,从而提高极片轧辊的精度和轧制效果。
同时,本发明对高硬度极片轧辊的制造工艺进行了较大的改进。
1)针对钢锭冶炼、浇铸存在的成分偏析严重、凝固质量差,优化材质设计,改善凝固质量,减少了成分偏析;
2)辊坯热处理采取预热+感应式差温加热+可控冷却速度淬火工艺。新设计材质轧辊的工作层得到全淬火马氏体组织,通过工艺控制残奥含量低,提高了工作层硬度。
辊坯采用大型钢锭锻造的细晶处理技术,避免锻造裂纹产生,提高了辊坯强韧性,轧辊工作层晶粒度尺寸为11-12级。
具体实施方式
本发明公开了一种高硬度大型极片轧辊材质,材质中的化学组分及重量百分含量为:C 0.85%~1.10%,Si 0.30%~0.60%,Mn 0.30%~0.80%,Cr 3.00%~5.00%,Ni0.10%~0.30%%,Mo 0.20%~0.60%,V≤0.25%,P≤0.015%;S≤0.010%;其余为Fe和不可避免的杂质。
高硬度大型极片轧辊材质中的化学组分及重量百分含量进一步优选为:C 0.95%~1.05%,Si 0.40%~0.45%,Mn 0.35%~0.40%,Cr 3.05%~3.50%,Ni 0.20%~0.25%,Mo 0.25%~0.35%,V≤0.10%,P≤0.015%;S≤0.010%;其余为Fe和不可避免的杂质。
下面结合实施例对本发明做进一步详细说明:
实施例1
步骤一、高硬度大型极片轧辊材质中的化学组分及重量百分含量为:C 0.95%,Si0.60%,Mn 0.50%,Cr 3.20%,Ni 0.20%,Mo 0.25%,V0.35%,P≤0.015%;S≤0.010%;其余为Fe和不可避免的杂质。
按照上述的材质中的化学组分及重量百分含量配制钢材原料,按照冶炼工序生产工艺制得钢锭;
步骤二、钢锭按照锻造工序生产工艺制得辊坯;
步骤三、对辊坯进行淬火、回火处理:辊坯先整体进入箱式炉预热至400-450℃,随后辊身进入感应淬火设备进行感应加热,奥氏体化温度950-980℃,之后进行喷水快速冷却,冷却时先采用大水急冷,再采用小水缓冷80-120min。得到辊身低应力、全马氏体淬火组织;
步骤四、对回火后的辊坯进行机械加工,保证各部分的尺寸公差及形位公差,最终得到高硬度大型极片轧辊。
实施例2
本实施例和实施1的区别在于高硬度大型极片轧辊材质中的化学组分及重量百分含量为:C 1.1%,Si 0.45%,Mn 0.40%,Cr 3.05%,Ni 0.25%,Mo0.35%,V 0.10%,P≤0.015%;S≤0.010%;其余为Fe和不可避免的杂质。
其余制备工艺步骤和实施例1相同。
实施例3
本实施例和实施1的区别在于高硬度大型极片轧辊材质中的化学组分及重量百分含量为:C 1.05%,Si 0.40%,Mn 0.40%,Cr 3.50%,Ni 0.25%,Mo 0.30%,V 0.05%,P≤0.015%;S≤0.010%;其余为Fe和不可避免的杂质。
其余制备工艺步骤和实施例1相同。
实施例4
本实施例和实施1的区别在于高硬度大型极片轧辊材质中的化学组分及重量百分含量为:C0.85%,Si 0.35%,Mn 0.80%,Cr 5.00%,Ni 0.30%%,Mo 0.60%,V 0.25%,P≤0.015%;S≤0.010%;其余为Fe和不可避免的杂质。
其余制备工艺步骤和实施例1相同。
性能检测
将上述各实施例的极片轧辊加工至检测状态,使用D型机械式肖氏硬度计检测辊身表面硬度及硬度均匀性,测试结果数值单位HSD。检测结果见下表1。
表1工作层硬度检测结果
各实施例的高硬度大型极片轧辊的成分检测结果见表2。
表2实施例1~4工作辊主要化学组分及重量百分含量对照表

Claims (3)

1.一种高硬度大型极片轧辊材质,其特征在于:所述极片轧辊材质中的化学组分及重量百分含量为:
C 1.05%~1.10%,Si 0.40%~0.45%,Mn 0.30%~0.40%,Cr 3.05%~3.50%,Ni0.20%~0.25%,Mo 0.20%~0.35%,V ≤0.1%,P ≤0.015%;S ≤0.010%;其余为Fe和不可避免的杂质;
所述轧辊的制备方法包括下列工艺步骤:
步骤一、按照所述的极片轧辊材质中的化学组分及重量百分含量配制钢材原料,按照冶炼工序生产工艺制得钢锭;
步骤二、钢锭按照锻造工序生产工艺制得辊坯;
步骤三、对辊坯进行热处理,采取预热+感应式差温加热+可控冷却速度淬火工艺,得到辊身低应力、全马氏体淬火组织;热处理步骤为对辊坯进行淬火、回火处理:辊坯先整体进入箱式炉预热至400-450℃,随后辊身进入感应淬火设备进行感应加热,奥氏体化温度950-980℃,之后进行喷水快速冷却,冷却时先采用大水急冷,再采用小水缓冷80-120min;
步骤四、对回火后的辊坯进行机械加工,保证各部分的尺寸公差及形位公差,最终得到高硬度大型极片轧辊;所述极片轧辊工作层为淬火马氏体回火组织,工作层表面硬度≥97HSD,均匀性≤±0.5HSD。
2.根据权利要求1所述的一种高硬度大型极片轧辊材质,其特征在于:制备过程通过C曲线选择合理的成分范围和热处理参数,采用连续可控感应热处理技术进行淬火,控制淬火组织和残余奥氏体量。
3.根据权利要求1所述的一种高硬度大型极片轧辊材质,其特征在于:辊坯采用大型钢锭锻造的细晶处理技术,轧辊工作层晶粒度尺寸为11-12级。
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